न्यूट्रिनो ब्रह्मांड के अस्तित्व के रहस्य का समाधान प्रस्तुत करते हैं

जापानी न्यूट्रिनो प्रयोग से अपडेट किए गए परिणाम पदार्थ और एंटीमैटर के व्यवहार में बेमेल के विवरण को प्रकट करते हैं

सुपर Kamiokande सेटअप के माध्यम से गुजरने वाले न्यूट्रिनो डिटेक्टर की दीवारों पर एक सूचनात्मक रंग वितरण बनाते हैं

यदि आप ऊपर से देखते हैं, तो आप एक विशाल एलेवेटर शाफ्ट के साथ जमीन में एक छेद को भ्रमित कर सकते हैं। लेकिन वास्तव में, यह एक प्रयोग की ओर जाता है जो इस सवाल का जवाब दे सकता है कि बिग बैंग के तुरंत बाद विकिरण के बादल में बदल जाने से यह मामला गायब क्यों नहीं हुआ।

मैं जापान प्रोटॉन एक्सलेरेटर रिसर्च कॉम्प्लेक्स ( J-PARC ) में स्थित हूं, टोकियो के उत्तर में ट्रेन द्वारा एक घंटे के लिए, टोकई में एक दूरस्थ और अच्छी तरह से संरक्षित सरकारी कार्यालय। यहां चल रहे T2K ( टोकाई-टू- कामिओका) प्रयोग से सबमैटीय कणों की एक बीम, एक न्यूट्रिनो का उत्पादन होता है। यह बीम 295 किमी के पत्थर से होकर सुपर कमियोकांडे डिटेक्टर तक जाता है, एक विशाल गड्ढा 1 किमी भूमिगत दफन है और 50,000 टन अल्ट्राप्योर पानी से भरा है। यात्रा के दौरान, कुछ न्यूट्रिनो अपने "सॉर्ट" को एक से दूसरे में बदलते हैं।

प्रयोग आज चल रहा है, और इसके पहले परिणाम पिछले साल घोषित किए गए थे। T2K के वैज्ञानिक इस बात का अध्ययन कर रहे हैं कि न्यूट्रिनों की विविधता कैसे बदलती है, ब्रह्मांड में एंटीमैटर पर पदार्थ की प्रबलता को समझाने की कोशिश कर रहा है। मेरी यात्रा के दौरान, भौतिकविदों ने मुझे समझाया कि वे पिछले वर्ष में प्राप्त नए डेटा को संसाधित कर रहे हैं, और परिणाम आशाजनक हैं।

कण भौतिकी के स्टैंडर्ड मॉडल के अनुसार, प्रत्येक कण का दर्पण पार्टनर होता है, जो विपरीत विद्युत आवेश को वहन करता है - एंटीमैटर का एक कण। जब पदार्थ और एंटीमैटर के कण टकराते हैं, तो वे विकिरण के फटने पर नष्ट हो जाते हैं। हालांकि, वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि बिग बैंग के दौरान एक समान मात्रा में पदार्थ और एंटीमैटर दिखाई देने चाहिए, जिसका अर्थ होगा कि सब कुछ बहुत जल्दी गायब हो जाना चाहिए। लेकिन यह गायब नहीं हुआ है। आदिकालीन पदार्थ का एक छोटा सा अंश हमारे द्वारा ज्ञात ब्रह्मांड का अस्तित्व बना रहा।

शोधकर्ताओं को नहीं पता कि ऐसा क्यों हुआ। लंदन के इम्पीरियल कॉलेज के भौतिक विज्ञानी मॉर्गन वास्को कहते हैं, "कुछ प्रकार की कणों की प्रतिक्रिया होनी चाहिए जो पदार्थ और एंटीमैटर के लिए अलग-अलग होती हैं।" उदाहरण के लिए, एंटीमैटर पदार्थ से अलग तरीके से क्षय कर सकता है। यदि ऐसा है, तो यह सीपी के प्रतिलोम के विचार का उल्लंघन करता है, जो यह बताता है कि भौतिक विज्ञान के नियमों को नहीं बदलना चाहिए अगर हम पदार्थ के कणों को एंटीपार्टिकल्स (चार्ज के संबंध में समरूपता) और उन्हें (समता समरूपता) दर्पण करते हैं। समरूपता अधिकांश कणों के लिए होती है, लेकिन सभी के लिए नहीं। क्वार्क के उप-परमाणु कण सीपी समरूपता का उल्लंघन करते हैं, लेकिन विचलन इतने छोटे होते हैं कि वे यह समझाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं कि ब्रह्मांड में एंटीमैटर पर मामला इतना क्यों प्रबल होता है।

पिछले साल, T2K सहयोग ने पहले सबूतों की घोषणा की कि न्यूट्रिनों सीपी आक्रमण का उल्लंघन कर सकते हैं, जो संभावित रूप से समझा सकता है कि ब्रह्मांड पदार्थ से क्यों भरा है। लंदन के क्वीन मैरी यूनिवर्सिटी के कण भौतिकी विशेषज्ञ एड्रियन बेवन ने कहा, "अगर न्यूट्रिनो क्षेत्र में सीपी के उल्लंघन का उल्लंघन देखा जाता है, तो इससे पदार्थ और एंटीमैटर के बीच अंतर आसानी से स्पष्ट हो सकता है।"

शोधकर्ता पदार्थ और एंटीमैटर के व्यवहार में अंतर का अध्ययन करके सीपी आक्रमण के उल्लंघन की तलाश कर रहे हैं। न्यूट्रिनोस के मामले में, T2K के साथ वैज्ञानिकों ने अध्ययन किया कि न्यूट्रिनोस और एंटीन्यूट्रिनोस ऑसिलेट, यानी, सुपर-के सेंसर के रास्ते कैसे बदलते हैं। 2016 में, सुपर-के के रास्ते पर इलेक्ट्रॉनिक लोगों के लिए 32 म्यू न्यूट्रिनो का आदान-प्रदान किया गया था। और जब शोधकर्ताओं ने म्यूऑन एंटीन्यूट्रिनोस को वहां भेजा, तो उनमें से केवल चार इलेक्ट्रॉनिक हो गए।

परिणामों ने समुदाय में खलबली मचा दी - हालाँकि अधिकांश भौतिक विज्ञानी यह बताने में असफल नहीं हुए कि इतने छोटे नमूने के साथ 10% संभावना थी कि यह अंतर यादृच्छिक उतार-चढ़ाव का परिणाम था (तुलना के लिए, जब 2012 में हिग्स बोसॉन की खोज की गई थी, तो सिग्नल यादृच्छिकता की संभावना एक मिलियन थी)।

इस वर्ष, शोधकर्ताओं ने अतीत की तरह लगभग दो बार न्यूट्रिनो डेटा एकत्र किया है। सुपर-के ने 89 इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो को पकड़ा और यह संख्या 67 कणों की सीमा से अधिक है, जो कि सीपी आक्रमण के उल्लंघन की अनुपस्थिति में प्रकट होना चाहिए था। प्रयोग में भी केवल सात इलेक्ट्रॉनिक एंटीन्यूट्रिनो पाए गए, जो उम्मीद से दो कम थे।



अब तक, शोधकर्ताओं ने खोज की घोषणा नहीं की है। इम्पीरियल कॉलेज लंदन के भौतिक विज्ञानी फिलिप लिचफील्ड कहते हैं, "डेटा की इतनी बड़ी मात्रा के कारण," अभी भी 20 में से 1 मौका है कि यह एक सांख्यिकीय विचलन है और सीपी के आक्रमण का उल्लंघन नहीं है। परिणामों के लिए वास्तव में सार्थक बनने के लिए, वह कहते हैं, प्रयोग को 1000 में से 3 अवसरों तक पहुंचना चाहिए, और शोधकर्ताओं को 2020 के मध्य तक इस लाइन को पार करने की उम्मीद है।

लेकिन हवाई विश्वविद्यालय में भौतिक विज्ञानी टॉम ब्राउन ने कहा, "पिछले साल किए गए डेटा में सुधार, अभी भी" बहुत ही दिलचस्प दिशा में "जाते हैं।" नई भौतिकी के संकेत अभी तक गायब नहीं हुए हैं, क्योंकि किसी को उम्मीद होगी कि यदि परिणाम के बारे में लिखा गया है। इसके अलावा एक अन्य प्रयोग के परिणाम भी शामिल हैं, नोवा, एक उपनगर में फर्मी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में आयोजित किया गया। पिछले साल, उन्होंने पहली न्यूट्रिनो कैमिस्ट्री जारी की, और अगली गर्मियों में एंटीन्यूट्रिनो परिणाम अपेक्षित हैं। इंडियाना विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी, मार्क महाशय कहते हैं, "हालांकि, सीपी आक्रमण के उल्लंघन पर ये पहले परिणाम सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण नहीं होंगे, अगर नोवा और टी 2 के प्रयोगों के परिणाम मेल खाते हैं, तो" इन सभी शुरुआती संकेतों की निरंतरता "बहुत ही पेचीदा हो जाएगी।"

सुनियोजित सुपर-के डिटेक्टर अपडेट से शोध में तेजी आ सकती है। अगली गर्मियों में, एक दशक में पहली बार पानी को डिटेक्टर से बाहर पंप किया जाता है, और फिर अल्ट्राप्योर पानी से भरा जाता है। यह गैडोलिनियम सल्फेट के साथ मिलाया जाएगा, एक नमक जो इलेक्ट्रॉनिक एंटीन्यूट्रिनोस के लिए डिवाइस की संवेदनशीलता को काफी बढ़ाना चाहिए। "गैडोलिनियम मिलाने से इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो का पता लगाना बहुत आसान काम हो जाएगा," ब्राउनडर ने कहा। नमक शोधकर्ताओं को न्यूट्रीनो इंटरैक्शन से एंटीइनुट्रीनो इंटरैक्शन को अलग करने में मदद करेगा, जिससे सीपी के इनवेरियन उल्लंघनों की खोज करने की उनकी क्षमता बढ़ जाएगी।

नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी के एक भौतिक विज्ञानी आंद्रे दे ग्वेआ ने कहा, "अभी के लिए, हम यह तर्क देने के लिए तैयार हैं कि न्यूट्रिनो के मामले में सीपी इनवेरियन का उल्लंघन किया जाता है, लेकिन हमें आश्चर्य नहीं होगा।" वास्को थोड़ा अधिक आशावादी है: "2017 के T2K परिणामों ने अभी तक सीपी आक्रमण उल्लंघन की हमारी समझ को स्पष्ट नहीं किया है, लेकिन वे भविष्य में इसकी माप की सटीकता को बढ़ाने का वादा करते हैं," उन्होंने कहा। "और शायद भविष्य उतना दूर नहीं है जितना हम पिछले साल सोच सकते थे।"